Resumo de bioquímica

Resumo de bioquímica

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Ser vivo: alto grau de complexidade química e organização microscópica; existência de sistemas que extraem, transformam e utilizam energia do ambiente; capacidade de autor replicação; mecanismos que sentem alterações no ambiente e respondem a estas alterações; cada um dos componentes possui uma função definida além de interagirem entre si de maneira regulada.

ORIGEM DA VIDA NA TERRA Logo após ter sido formada, a Terra era um ambiente extremamente inóspito, com temperaturas elevadas, altos índices de radiação ultravioleta (devido a ausência de O3) e uma atmosfera com gases tóxicos (CH4, CO, NH3, H2S, etc.). Vida na Terra surgiu há 3,5 bilhões de anos com o aparecimento das primeiras bactérias, provavelmente nos oceanos. Isso ocorreu devido as resfriamento do planeta e ao aparecimento das primeiras moléculas orgânicas de importância bioquímica.

Presença dos gases: NH3, H2S CO, CO2 CH4, N2, H2 e H2O (ambiente bastante redutor) Conjunção de fatores como altas temperaturas, grandes quantidades de radiação UV e elevada incidência de descargas elétricas provenientes de relâmpagos.

Experimento Urey-Miller: Reações entre moléculas simples levam à formação de bases nitrogenadas. Os aminoácidos são produzidos muitos mais facilmente que os nucleotídeos. o Formaldeído Carboidratos o HCN Adenina o Glicina o Alanina o Ácido Glutâmico o Leucina

Obs: Aminoácidos podem ter sidos usados para a síntese de bases nitrogenadas. A polimerização abiótica de carboidratos e nucleotídeos também ocorre, mas menos facilmente.

RNAs podem ter atividade catalítica o Em 1860 criou-se uma hipótese de um “mundo de RNA” habitado por formas de vida primitivas dependentes de RNA para exercer todos os papéis principais em um organismo como herança, armazenamento de informação e catálise de reações específicas envolvidas na síntese de biomoléculas e no metabolismo energético. o O surgimento de uma forma de RNA capas de codificar sua própria replicação foi o principal evento na origem da vida. Este sistema deve ter evoluído para a síntese de catalisadores mais eficientes (proteínas). O DNA então teria assumido o papel de material genético principal enquanto o RNA passou a ter um papel intermediário. o Importância da compartimentalização com o uso de membranas: Durantes a evolução, quantidades suficientes de lipídeos devem ter se acumulado formando vesículas que aprisionaram ácidos nucléicos, formando estruturas semelhantes a célula. A vantagem da compartimentalização é que os produtos de reações enzimáticas não se difundem para o ambiente, podendo ser usado pela célula. Isto ocorre também devido ao fato de a maioria das biomoléculas serem carregadas e não se difundirem pela membrana.

TEORIA DO IMPACTO: Moléculas orgânicas vieram do espaço, trazidas por uma espécie de meteoro. Há presença de aminoácidos e bases nitrogenadas.

TEORIA DAS FENDAS SUBMARINAS: água superaquecida rica em íons de metais de transição e H2S. Locais de grande atividade biológica, independente da luz solar. A redução de CO2 por FeS geraria moléculas orgânicas mais complexas.

TEORIA DA ARGILA: Moléculas orgânicas surgiram inicialmente em reações catalisadas por silicatos.

A QUÍMICA DOS ORGANISMOS VIVOS É baseada no carbono

Importância da água em sistemas bioquímicos: o A água representa 70% ou mais do peso da maioria dos organismos. o São essenciais as forças atrativas entre moléculas de água (pontes de hidrogênio) e a tendência da água em se ionizar ( que influenciam a estrutura e as propriedades dos diversos componentes celulares), ainda muito fracamente. Possibilitam a existência dos sistemas tampões. o Diferenças de eletronegatividade entre o H e O conferem um momento dipolo à água. Este momento dipolo e a presença de pares de elétrons não compartilhados no O é responsável pela formação de pontos de hidrogênio entre moléculas de água. Os orbitais da molécula de água, incluindo os orbitais não-ligantes do oxigênio, possuem um arranjo aproximadamente tetraédrico. o Pontes de hidrogênio: biomoléculas polares se dissolvem na água devido ao fato de poderem trocar interações água-água por interações água-soluto, que são energeticamente mais favoráveis; biomoléculas não polares conseguem formar interações água-soluto e por isso, são muito pouco solúveis em água. Pontes de hidrogênio são mais fortes quando orientadas de maneira a permitir interação eletrostática máxima, o que ocorre quando os átimos envolvidos na ponte de H estão em linha reta. o Água como solvente: A polaridade da água faz com que esta dissolva facilmente substâncias polares (hidrofílicas). Substâncias apolares, por outro lado, não são solúveis em água (hidrofóbicas).

OBS: Quanto maior a constante dielétrica menor a força que une as duas cargas, ou seja, a constante dielétrica de um solvente é uma medida de sua capacidade de manter cargas opostas separadas. A água é um dos solventes com maior constante dielétrica. OBS2: Partículas carregas são solvatadas pela água.

o Gases apolares são insolúveis em água. Isso tem implicações importantes no transporte de O2 dos pulmões para os tecido e de CO2 dos tecidos para os pulmões. O oxigênio é transportado através de proteínas carreadoras (hemoglobina). O transporte de CO2 é feito principalmente sob a forma de HCO3- , bastante solúvel em água.

o Interações hidrofóbicas: Força que mantem as regiões apolares de moléculas diferente juntas. Resultam de uma maior estabilidade termodinâmica através da minimização de interações com a água. Membranas biológicas são estabilizadas por interações hidrofóbicas. Essas interações entre aminoácidos apolares são importante na estabilização de proteínas. o A importância das interações fracas em sistemas biológicos: são importantes na manutenção da estrutura de biomoléculas. Para separar a enzima de seu substrato é necessário romper as interações simultaneamente, o que é muito difícil.

Importância de medidas e do controle do pH em Bioquímica o Alterações de pH alteram, por exemplo, a estrutura e a atividade de enzimas por alterarem a ionização de grupos carregados em aminoácidos. Alteram também a estrutura do DNA. Medidas de pH do sangue e da urina são usadas em diagnósticos.

Células e organismos mantem um pH próximo de 7,0 o que ajuda a manter as biomoléculas em seu estado iônico normal. Em organismos multicelulares o pH de fluidos também é rigorosamente controlado.

Sistemas tampão são soluções aquosas que resistem a mudanças de pH quando pequenas quantidade de um ácido ou uma base são adicionados.

Tampão biológico – CITOPLASMA: o Íons fosfato são abundantes nas células na forma inorgânica ou como grupo funcional de moléculas orgânicas mais complexas como ATP ou de precursores metabólicos. Proteínas também contribuem para mante o pH celular. o Tampão fosfato: pKa = 6,86 o Proteínas: Aminoácidos histidina: pKa = 6,04 para histidina livre, mas aprox. 7 em peptídeos e proteínas.

Tampão biológico – SANGUE o Tampão bicarbonato: regula o pH sanguíneo ao redor de 7,4.

o O CO2 proveniente da respiração celular nos tecidos está em equilíbrio com CO2 dissolvido e forma o tampão bicarbonato

o Constitui um sistema aberto, em que o CO2 tampona perdas de ácido carbônico. A presença de CO2 gasoso nos alvéolos a uma pressão parcial de 40 m de Hg é responsável por manter a concentração de CO2 dissolvido, que restitui o H2CO3.

Proteínas: o São as macromoléculas mais abundantes; caracterizadas por uma grande diversidade de tamanhos, formas e funções. o São os instrumentos pelos quais a informação genética é expressa. o Fórmula geral de um aminoácido:

o Alguns aminoácidos incomuns: Colágeno, miosina, protrombina, elastina – estes aminoácidos são obtidos por modificações pós-tradução nas proteínas em que foram inseridos; o Alguns aminoácidos incomuns não encontrados em proteínas: ornitina e citrulina – intermediários na biossíntese de arginina e no ciclo da uréia.

Ponto isoelétrico (pI) de um aminoácido: o É o valor de pH em que o aminoácido apresenta carga nula.

o É a média aritmética dos valores de pk de um aminoácido. pI=(pKa1+ pKa2)/2 o Para aminoácidos com cadeia lateral carregada, considera-se os valore de pKa dos grupos com carga de mesmo sinal.

LEMBRETE: o nome de um peptídeo começa com a extremidade amino terminal

Estrutura primária: sequência de aminoácidos ligados por ligações peptídicas. o Configuração trans; o Rígida e planar: os ângulos de rotação têm valores restritos, devido à fatores estéricos, o que restringe o número de conformações espaciais que podem ser adotadas por uma cadeia polipeptídica. o Característica de dupla ligação; o Polar.

Estrutura secundária: Como a sequência de aminoácidos se dobra para formar estruturas do tipo α-hélice e folha β; resulta de interações como pontes de hidrogênio.

o α-hélice: se forma mais facilmente que qualquer outra conformação, devido à otimização na formação de pontes de hidrogênio. Todas as ligações pépticas de uma α-hélice (exceto aquelas próximas às extremidades da estrutura) formam pontes de hidrogênio intracadeia. Cada volta da hélice é formada por 3,6 aas. - As cadeias laterais dos aminoácidos ficam para fora da α-hélice. Aminoácidos L podem formar α-hélices voltadas à esquerda ou à direita, mas apenas α-hélices à direita são observadas em proteínas. - A sequência de aminoácidos afeta a estabilidade de α-hélice: a) Glu-Glu-Glu-Glu ou Glu-Ala-His-Glu-Ala-Met-Glu: não formam α-hélice estável devido à repulsão dos grupos carboxil com carga negativa. O mesmo se verifica para Asp, Lys e Arg. b) Aminoácidos volumosos como Asn, Ser, Thr e Cys também desestabilizam a α-hélice se estiverem muitos próximos. c) Pro e 4H-Pro raramente são observados em α-hélice devido ao fato de o átomo de N ser parte do anel, o que impossibilita a rotação N-C. Além disso, o N não possui H ligado para formar ponte de H Exceção: colágeno. d) Gly também desestabiliza a α-hélice devido à flexibilidade conformacional excessiva;

Parâmetros de uma hélice: P – passo da hélice N – número de aas por volta D – elevação da hélice por unidade peptídica de repetição (p/n) e) Estabilização da α-hélice: interações eletrostáticas entre resíduos de aas de cargas complementares (Glu-Ala-Met-Arg); Interações hidrofóbicas entre aminoácidos aromáticos (Phe- Ala-Met-Phe) o Folha β-pregueada: é mantida por pontes de hidrogênio intercadeias que se dispõem perpendicularmente ao eixo da proteína. Sua estrutura é em zig-zag e há folhas (a) paralelas e (b) antiparalelas.

- quando duas folhas β formam camadas próximas na estrutura de uma proteína, os grupos R dos aminoácidos devem ser pequenos. Β-queratias como fribroína e teias de aranha possuem alto conteúdo de Gly e Ala. o Voltas reversas (voltas β): constituem um dos tipos de ligação entre outras estruturas secundárias como α-hélices e folhas β-pregueadas. Ligam estruturas secundárias em que as cadeias peptídicas apresentam mudança de direção. - Gly é comum devido ao seu tamanho reduzido e flexibilidade. Pro é comum devido à sua ligação peptídica ser cis ao invés de trans, o que favorece a curvatura de uma volta reversa. - normalmente encontradas na superfície de proteínas e podem ser de vários tipos sendo o tipo I mais comum.

Estrutura terciária: Interação ou dobramento entre as estruturas secundárias para formar uma proteína; pode ser estabilizada por pontes dissulfeto (ligação covalente). o Organização tridimensional. o Resulta de dobras na estrutura da proteína estabilizadas por interações entre os radicais dos aminoácidos.

Estrutura quaternária: montagem de subunidade de diferentes polipeptídios para formar uma estrutura funcional; agregação de cadeias de polipeptídios separadas em uma proteína funcional. É mantida principalmente por ligações iônicas, pontes de hidrogênio e interações hidrofóbicas. Pontes de dissulfeto também podem estar presentes.

Estruturas super-secundárias:

o Motivos proteicos: são estruturas super-secundárias de repetição. Referem-se ao dobramento proteico apenas, não sendo possível prever a função da proteína, pois proteínas com diferentes funções podem ter alguns motivos iguais. - estruturas super-secundárias do tipo meandro β podem formar proteínas com estrutura terciária na forma de barril chamadas barril β. o Domínios proteicos: unidades de uma cadeia polipeptídica que se dobram de maneira independente um do outro. Muitas vezes sua estrutura é mantida mesmo após retirada do outro domínio. - diferentes domínios normalmente têm diferentes funções como ligação de pequenas moléculas ou interação com outras proteínas. Domínios com conformações similares geralmente estão associados à mesma função, como é o caso de domínios de ligação ao DNA, presentes em fatores de transcrição.

PROTEÍNAS FIBROSAS Apresentam repetições de elementos de estruturas secundárias.

Insolúvel em água devido ao alto conteúdo de aminoácidos hidrofóbicos

Papel estrutural (suporte, forma e forma)

Ex: colágeno; α-queratina; elastina; fibroína. o α-queratina: - cabelo, penas e unhas;

- α-hélice direita

- duas α-hélices se enrolam uma sobre a outra formando um “coiled coil” o que aumenta a resistência da estrutura. Esta se organiza posteriormente em protofilamentos, protofibrilas e filamentos intermediários.

- os pontos de contato entre as duas α-hélices de um “coiled coil” são formados por aminoácidos hidrofóbicos. αqueratinas são ricas em Ala, Val, Leu, Ile, Met e Phe. - Rigidez é aumentada por pontes de dissulfeto intercadeias. o Colágeno: - rico em Pro e Gly

- alta resistência a tensão.

- componentes de pele, tecido conectivo, parede de vasos sanguíneos, córnea, tendões, cartilagem e osso.

- α-hélice à esquerda forma uma tripla hélice à direita.

- unidades repetitivas de Gly-X-Y, sendo X geralmente Pro e Y geralmente 4-Hyp. o Elastina: - fibra elástica com propriedades semelhantes à borracha.

- proteína própria de tecidos conectivos. o Firbroína: - proteína da seda, produzida por insetos e aranhas.

- folha β, rica em Ala e Gly.

- não extensível, devido à estrutura já estendida da conformação β, mas flexível devido às interações fracas que unem as cadeias polipeptídicas. PROTEÍNAS GLOBULARES

Diferentes segmentos da cadeia polipeptídica (ou diferentes cadeias) dobram-se uma sobre a outra.

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